复合掺杂BST梯度热处理及其优化研究

发布时间：2017-11-03 07:04

  本文关键词：复合掺杂BST梯度热处理及其优化研究

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【摘要】：BST(BaxSr1-xTiO3,0x1)作为一种优异的铁电材料,在存储、微波、红外、光伏、储能等领域具有广泛的应用前景。纯BST通常难以达到很好的综合性能,则其改性一直是研究重点。基于本团队有关Mg掺杂可以细化其晶粒,K掺杂对其介电性能有所改善,以及在制备其薄膜方面还提出梯度预热处理的新颖方法等前期研究,本论文用溶胶-凝胶法制备K、Mg单一掺杂和复合掺杂BST粉体,并研究了不同热处理机制下该粉体的相结构、表面形貌和介电性能。在研究中重点对复合掺杂BST粉体在不同浓度组合下进行分析,同时研究热处理机制对该粉体的影响。本论文通过X射线衍射和扫描电镜观察及介电性能测试得到以下研究成果:1.复合掺杂BST粉体没有杂相生成,其表面形貌比单一掺杂粉体有明显改善。介电性能测试表明,在50 MHz~500 MHz频率段时,该粉体的介电稳定性较高,数据可靠。复合掺杂粉体的介电常数处于K、Mg单一掺杂粉体之间,介电损耗相比K单一掺杂粉体有显著降低。综合来看,复合掺杂综合了两种单一掺杂的优势,对改性有更好的效果。2.在传统恒温热处理的基础上引入梯度热处理,研究梯度热处理后复合掺杂BST粉体综合性能的变化。梯度热处理下的BST粉体的表面形貌更为致密,晶粒大小均匀,介电常数和介电损耗随频率变化的稳定性也有所提高。其中梯度热处理对高浓度K掺杂的BST粉体影响最为明显,直观表现为晶粒变小,介电常数变大和损耗减小,这说明高浓度的K掺杂对烧结温度敏感度很高。3.不同的梯度热处理机制对复合掺杂BST粉体的影响也有所不同。升梯度热处理使得复合掺杂BST粉体的晶粒大小进一步细化,呈现出比较平整的表面形貌,并且在这种方式下复合掺杂BST粉体的频率稳定性达到最高。低浓度掺杂在这种热处理下的损耗很小,介电常数大小适中。其中,2%Mg/2%K的BST粉体的介电常数值为30,介电损耗平均值为0.006,满足实际应用要求。综合考虑,800℃/850℃/900℃/950℃的热处理方式对BST粉体的优化作用最为明显。
【关键词】：BST 复合掺杂 介电性能 梯度热处理
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM221
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 BST的研究背景及意义11-12
• 1.2 BST的基本结构和特性12-15
• 1.2.1 BST的基本结构12-13
• 1.2.2 BST研究的理论基础13-14
• 1.2.3 BST的介电特性14-15
• 1.3 BST粉体制备的研究进展15-17
• 1.3.1 固相法15-16
• 1.3.2 液相法16-17
• 1.4 BST掺杂研究17-20
• 1.4.1 BST掺杂改性机理17-18
• 1.4.2 复合掺杂进展研究18-19
• 1.4.3 K和Mg掺杂BST研究进展19-20
• 1.5 BST的热处理研究20-21
• 1.6 论文内容安排21-22
• 第二章 溶胶凝胶法制备BST粉体及其性能表征22-30
• 2.1 溶胶凝胶法制备的原理22
• 2.2 BST粉体的制备流程22-26
• 2.2.1 BST前驱液制备24
• 2.2.2 K或Mg前驱液制备24
• 2.2.3 K或Mg掺杂BST溶胶的制备24-25
• 2.2.4 干燥25-26
• 2.2.5 热处理26
• 2.3 BST的测试表征26-28
• 2.3.1 XRD26-27
• 2.3.2 SEM27
• 2.3.3 AFM27-28
• 2.3.4 介电性能分析28
• 2.4 论文实验方案28-29
• 2.4.1 掺杂元素的选取28
• 2.4.2 热处理方案设计28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章K和Mg掺杂BST粉体的结构及介电性能研究30-43
• 3.1 900℃热处理温度下Mg掺杂BST粉体性能分析30-34
• 3.1.1 XRD分析30-31
• 3.1.2 SEM分析31-32
• 3.1.3 介电性能分析32-34
• 3.2 900℃热处理温度下K掺杂BST粉体性能分析34-39
• 3.2.1 XRD分析34-36
• 3.2.2 SEM分析36-37
• 3.2.3 介电性能分析37-39
• 3.3 K和Mg复合掺杂BST粉体性能分析39-41
• 3.3.1 XRD分析39-40
• 3.3.2 介电性能分析40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 复合掺杂BST粉体的优化研究43-60
• 4.1 900℃热处理温度下不同浓度K和Mg复合掺杂BST粉体性能分析43-47
• 4.1.1 XRD分析43-44
• 4.1.2 SEM分析44-46
• 4.1.3 介电性能分析46-47
• 4.2 950℃/900℃/850℃/800℃梯度热处理复合掺杂BST研究47-52
• 4.2.1 XRD分析48-49
• 4.2.2 SEM分析49-50
• 4.2.3 介电特性分析50-52
• 4.3 800℃/850℃/900℃/950℃梯度热处理复合掺杂BST研究52-56
• 4.3.1 XRD分析52-53
• 4.3.2 SEM分析53-55
• 4.3.3 介电性能分析55-56
• 4.4 不同热处理机制下高浓度K掺杂BST粉体研究56-58
• 4.5 不同热处理方式分析58
• 4.6 本章小结58-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 5.1 主要结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-68
• 攻硕期间取得的研究成果68-69

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本文编号：1135114